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自动导引运输车AGV的控制系统设计
2017-07-05 15:12:59   有人参与

AGV控制系统需解决的主要问题做了恰当的比喻:Where am I?(我在哪里?)Where am I going?(我要去哪里?)How can I get there?(我怎么去?),这三个问题归纳起来分别就是AGV控制系统中的三个主要技术:

  1、AGV的导航(Navigation)

  2、AGV的路径规划(Layout designing

  3、AGV的导引控制(Guidance)

  AGV控制系统分为地面(上位)控制系统车载(单机)控制系统导航/导引系统,其中,地面控制系统指AGV系统的固定设备,主要负责任务分配,车辆调度,路径(线)管理,交通管理,自动充电等功能;车载控制系统在收到上位系统的指令后,负责AGV的导航计算,导引实现,车辆行走,装卸操作等功能;导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向。

  AGV系统是一套复杂的控制系统,加之不同项目对系统的要求不同,更增加了系统的复杂性,因此,系统在软件配置上设计了一套支持AGV项目从路径规划、流程设计、系统仿真(Simulation)到项目实施全过程的解决方案。上位系统提供了可灵活定义AGV系统流程的工具,可根据用户的实际需求来规划或修改路径或系统流程;而上位系统也提供了可供用户定义不同AGV功能的编程语言。

  AGV地面控制系统(Stationary System)即AGV上位控制系统,是AGV系统的核心。其主要功能是对AGV系统(AGVS)中的多台AGV单机进行任务分配,车辆管理,交通管理,通讯管理等。

  任务管理:任务管理类似计算机操作系统的进程管理,它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境;提供根据任务优先级和启动时间的调度运行;提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。

  车辆管理:车辆管理是AGV管理的核心模块,它根据物料搬运任务的请求,分配调度AGV执行任务,根据AGV行走时间最短原则,计算AGV的最短行走路径,并控制指挥AGV的行走过程,及时下达装卸货和充电命令。

  交通管理:根据AGV的物理尺寸大小、运行状态和路径状况,提供AGV互相自动避让的措施,同时避免车辆互相等待的死锁方法和出现死锁的解除方法;AGV的交通管理主要有行走段分配和死锁报告功能。

  通讯管理:通信管理提供AGV地面控制系统与AGV单机、地面监控系统、地面IO设备、车辆仿真系统及上位计算机的通信功能。和AGV间的通信使用无线电通信方式,需要建立一个无线网络,AGV只和地面系统进行双向通信,AGV间不进行通信,地面控制系统采用轮询方式和多台AGV通信;与地面监控系统、车辆仿真系统、上位计算机的通信使用TCP/IP通信。

  车辆驱动:小车驱动负责AGV状态的采集,并向交通管理发出行走段的允许请求,同时把确认段下发AGV。

  2、车载控制系统

  AGV车载控制系统(Onboard System),即AGV单机控制系统,在收到上位系统的指令后,负责AGV单机的导航,导引,路径选择,车辆驱动,装卸操作等功能。

  导航(Navigation):AGV单机通过自身装备的导航器件测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向。

  导引(Guidance):AGV单机根据现在的位置、航向及预先设定的理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值即,AGV运动的命令值。

  路径选择(Searching):AGV单机根据上位系统的指令,通过计算,预先选择即将运行的路径,并将结果报送上位控制系统,能否运行由上位系统根据其它AGV所在的位置统一调配。AGV单机行走的路径是根据实际工作条件设计的,它有若干“段”(Segment)组成。每一“段”都指明了该段的起始点、终止点,以及AGV在该段的行驶速度和转向等信息。

  车辆驱动(Driving):AGV单机根据导引(Guidance)的计算结果和路径选择信息,通过伺服器件控制车辆运行

  3、导航导引方式

  AGV之所以能够实现无人驾驶,导航和导引对其起到了至关重要的作用,随着技术的发展,目前能够用于AGV的导航/导引技术主要有以下几种:电磁导引、光学导引、激光导引、视觉导航、惯性导航等方式。

  直接坐标 (Cartesian Guidance)

  用定位块将AGV的行驶区域分成若干坐标小区域,通过对小区域的计数实现导引,一般有光电式(将坐标小区域以两种颜色划分,通过光电器件计数)和电磁式(将坐标小区域以金属块或磁块划分,通过电磁感应器件计数)两种形式,其优点是可以实现路径的修改,导引的可靠性好,对环境无特别要求。缺点是地面测量安装复杂,工作量大,导引精度和定位精度较低,且无法满足复杂路径的要求。

  电磁导引(Wire Guidance)

  电磁导引是较为传统的导引方式之一,目前仍被许多系统采用,它是在AGV的行驶路径上埋设金属线,并在金属线加载导引频率,通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。其主要优点是引线隐蔽,不易污染和破损,导引原理简单而可靠,便于控制和通讯,对声光无干扰,制造成本较低。缺点是路径难以更改扩展,对复杂路径的局限性大。

  磁带导引 (Magnetic Tape Guidance)

  与电磁导引相近,用在路面上贴磁带替代在地面下埋设金属线,通过磁感应信号实现导引,其灵活性比较好,改变或扩充路径较容易,磁带铺设简单易行,但此导引方式易受环路周围金属物质的干扰,磁带易受机械损伤,因此导引的可靠性受外界影响较大。

  光学导引(Optical Guidance)

  在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对摄像机采入的色带图象信号进行简单处理而实现导引,其灵活性比较好,地面路线设置简单易行,但对色带的污染和机械磨损十分敏感,对环境要求过高,导引可靠性较差,精度较低。

  激光导航(Laser Navigation)

  激光导引是在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,AGV通过激光扫描器发射激光束,同时采集由反射板反射的激光束,来确定其当前的位置和航向,并通过连续的三角几何运算来实现AGV的导引。

  此项技术最大的优点是,AGV定位精确;地面无需其他定位设施;行驶路径可灵活多变,能够适合多种现场环境,它是目前国外许多AGV生产厂家优先采用的先进导引方式;缺点是制造成本高,对环境要求较相对苛刻(外界光线,地面要求,能见度要求等),不适合室外(尤其是易受雨、雪、雾的影响)。

  惯性导航 (Inertial Navigation)

  惯性导航是在AGV上安装陀螺仪,在行驶区域的地面上安装定位块,AGV可通过对陀螺仪偏差信号

  此项技术在军方较早运用,其主要优点是技术先进,较之有线导引,地面处理工作量小,路径灵活性强。其缺点是制造成本较高,导引的精度和可靠性与陀螺仪的制造精度及其后续信号处理密切相关。

  视觉导航 (Visual Navigation )

  视觉导航是采用CCD 摄像头拍摄路面图像,运用机器视觉等相关技术识别路径,实现自动导航的一种新兴导航方法。

  GPS导航 (Global Position System)

  通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导,目前此项技术还在发展和完善,通常用于室外远距离的跟踪和制导,其精度取决于卫星在空中的固定精度和数量,以及控制对象周围环境等因素。


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